2018年9月25日 星期二

火花打點計時器_氣墊球軌跡

這就是為甚麼我要讓打點計時器可以調頻的原因

氣墊球摩擦很小
我希望可以作出當時伽利略的那個實驗
但我並不打算把球推很快
這樣比較能觀察
所以如果我的打點計時器太快
點實在太密集,根本無法區分
因此必需調慢速度
兩者的差別如下





調慢之後就比較能分析出來了
從假裝的v-t圖可以看出來前面3點其實就是我推出去的過程

接下來就是氣墊球的事了
出來並非我要的等速度
反而是很漂亮的等加速度
但速度是越來越慢
把趨勢圖去掉前面加速的三點就更明顯了


當然原因可能很多,之後再來討論
但這個結果其實也不錯

可以得到一個很重要的結論就是
動摩擦力為定值

2018年9月24日 星期一

點煙器延長線能不能用

找資料時看到這則新聞

這種似是而非的新聞
再加上一些危言聳聽的言論真的最讓人家討厭
基本上延長線不要超過額定電流的概念是正確的
但不代表延長線不能用
更重要的是算電流的方式完全是錯誤的!!

沒錯,現在人車上總有許多電器
以我的來說至少就裝了四個
導航、測速器、行車紀錄器、胎壓偵測器
很可怕嗎?
四隻吉娃娃和一隻獒犬誰可怕?

首先要先知道整體線路是怎麼跑的
車子的電源(通常都是12V,但不一定)出去到任何電器前一定都會先過一條保險絲
保險絲盒通常會在引擎蓋內的電池旁,還有副駕的手套箱下方
點煙器的電壓基本上就是12V
通常會加上20A(我的focus是20A,某些可能會用15A,車主手冊會寫)的保險絲
汽車的保險絲規格看顏色就知道

因此如果點煙器上的總電流超過20A
當然就會燒掉
但你怎麼知道總電流是否會超過呢?
問題就出在這邊了
先確認我車上四種電器的規格
導航,5V,1.2A,6W
測速器,12V,0.3A
胎壓偵測器,12V,1W
行車紀錄器,5V,1.5A



看不懂對不對?
至少你可以先知道我們在車上使用的電器通常有12V和5V兩種規格
但點煙器只提供12V啊~~
沒錯,因此5V的電器在插座上就會有一個降壓的轉換器(12V輸入,5V輸出)

因此如果是5V,1.5A的行車紀錄器
點煙器(12V)端的電流就是1.5A嗎?
當然不是啊,重點是能量
能量不會無中生有,輸入多少,輸出只會少不會多
因此如果是5V,1.5A,消耗功率就是7.5W
輸入功率理論上也只需要7.5W
現在輸入是12V,所以需要的電流其實只有0.625A
若考慮降壓轉換器的效率,了不起再打七折
也就是輸入電流為0.983A

如此就能算出在汽車保險絲端的真正總電流(有降壓的都打七折來算,12V的用原電流)
導航,5V,0.714A
測速器,12V,0.3A
胎壓偵測器,12V,0.08A
行車紀錄器,5V,0.983A

也就是說,這四隻吉娃娃總電流不過2.08A
這樣怎麼可能會燒掉保險絲?
這樣叫做不能用點煙器延長線?
這種報導真是唯恐天下不亂!!

這樣換算可能沒幾個人能搞懂
因此更好的方法不是用電流
而是用功率
因為不管輸入或輸出電壓為多少
功率都是可以直接相加的(變壓所耗損的七折可以考慮進去當然更精準)
因此若汽車保險絲為20A,也就是可容納的總功率為240W
點煙器延長線為5A,可容納總功率為60W
導航,5V,6W(打折後為8.57W)
測速器,12V,3.6W
胎壓偵測器,12V,1W
行車紀錄器,5V,7.5W(打折後為10.71W)
所有電器總功率為23.88W
很安全的~~
(用電流和用功率有點出入,那是計算捨去後的結果)

但切記切記!!
這邊接四個安全是因為是四隻吉娃娃
我們還可能會有獒犬
最常見的就是車用吸塵器,可能會超過50W
甚至更可怕的就是打氣機,有些超過150W
這時就千萬不要接上延長線使用
最好也在引擎開啟時再用
否則一旦電瓶的電耗盡
就GG了...

但,就真的燒掉了啊
沒錯,真的把保險絲燒掉了
因為我也有過這種經驗
但罪魁禍首並不是用了四個電器插在點煙器的延長線上
而是另有原因

再回到點煙器的設計來看
正常的點煙器一定也會再加裝保險絲
通常會裝5A

而且5V的降壓插頭本身也會有2A的保險絲
因此如果要直接燒掉更源頭的汽車20A保險絲
卻沒有燒掉降壓插頭的2A和點煙器延長線的5A
最有可能的原因就是點煙器延長線根本沒有保險絲
而降壓插頭也不知原因的短路(我上次的情形就是如此)
如此就會直接燒掉20A的汽車保險絲了

因此請不要怪行車紀錄器
主要的原因很可能出在降壓插頭或點煙器延長線上

以上說了那麼多,相信沒人有耐心看
用這張圖可能比較容易明白(說不定更不懂...)

最後最神奇的事還是...
記者是去那裡查出導航、行車紀錄器、測速器的電流為5A的???
也許有人搬台電視上車了吧~~

2018年9月23日 星期日

火花打點計時器_不同重物的加速度

之後又再補作了幾次實驗
圖形依舊是漂亮的斜直線
但明顯位移變大了
點數相對也少了一些
出來的加速度大得驚人~~
因為還是用原本0.03秒來算
實際的時間應該要更長一些(所以位移變大了)
因此這台打點計時器的頻率是每次都要校正的

但這次的重點不是要算加速度
而是改變了物重,看看位移和時間的斜率是否有變化
這個斜率就可以代表加速度
只是代表,並不是真的加速度

作了四次,有三種物重
結果如下
從軌跡圖可以看出四次有明顯的不同



跑出來的斜率分別為
1.78,1.74,1.67,1.24




看樣子物重確實還是對摩擦產生了一些影響
下次試試自由落體看是否加速度會維持不變

火花打點計時器軌跡圖分析

我就是一作實驗就停不下來的急性子...

火花打點計時器最終還是要配傳真機的熱感紙才是王道
當然要自己裁紙啊~~


找女兒來幫忙作實驗
拉了兩次測週期,量出來0.53~0.56秒共16點
所以就當作週期為0.03秒了


為了操作方便,沒有真的用自由落體
而是放在桌邊讓重物沿著計時計邊角落下
所以一定不會剛好是重力加速度
但摩擦力應該不會變化太大
所以我想還是屬於等加速度運動
高度約65cm

實驗出來的軌跡圖如下




分析如下



果然直線到讓人起雞皮疙瘩啊!!

趨勢圖跑出來的加速度為674和686 (cm/s^2)

這樣才符合我想教的東西

接下來再來分析學生的怪圖形
如此的節奏比較能讓學生接受吧!!

火花打點計時計_正式可用版

之前利用拍頻和點火槍試作了一台
但不好用,且火花能量不夠在紙帶上留下燒痕
只好重新設計
電路圖如下

利用之前買的電弧打火機來打點
這玩意本身不會有頻率,會呈現連續的火花(後來發現好像還是非連續的)
這樣我的頻率才能真正控制

整體看起來蠻像一回事的
頻率當然是可調的












但若頻率太小(間隔時間長)
打出來的點會有一段是連續的
這時候必須取一開始落點的為基準
這樣才是真正的間距


若頻率夠大(間隔時間短)
就可以打出很漂亮的圖形
但能量還是有點小
點有點模糊,要仔細看才能分辨
但勉強可用了


手邊沒紙帶
接下來就等回學校重作一次自由落體
看看是否可以達到一直線的漂亮結果了~~

2018年9月22日 星期六

軌跡圖的解析

去年讓學生用軌跡圖分析
學人家將紙帶剪下當作相對的瞬時速度大小
但這樣的概念其實對學生來說很難理解
「為何紙帶兩點間的距離可以當作瞬時速度??」
縱軸直接就可以標上V
但~老師叫你貼了,學生也就貼了


其實大部分的孩子是一知半解的
這個部份今年重新改良
不要太花俏,札實的從軌跡圖先變成x,t的表格
再轉化為位移和時間差
再算出這個距離的平均速度(用計算機就好)


表格完成了,再從表格來畫出x-t圖
因為時間間隔極短(學生要自己算出時間差)

這個時候算出來的平均速度和瞬時速度相差不大
因此我們就把這個平均當作瞬時來看吧~
這樣學生就比較容易接受
x-t圖和v-t圖今年都用畫的(去年用貼的),對學生來說也有了更多的練習

有時我們會想著用一些神奇的方法來代替舊有的模式
但這些神奇的方法往往只有設計的人知道其中發生了甚麼事
對學生來說也只是照著老師的指令完成而已
有時回到最根本的方式
很笨,卻很札實

但這兩次的實驗都出現了一個相同的問題(只有一兩組這樣)
自由落體實驗出來的v-t圖竟然呈現一個向上趨勢的鋸齒狀!!

這是個有趣且可以和學生討論的話題
但除了幾個程度較好的學生知道我在說甚麼
大部分還是放空的狀態
因為...連v-t圖呈現一直線是啥意思都搞不清楚了
還要去分析鋸齒狀的原因~~
實在太為難這些學生了

這個原因最有可能當然就是打點計時器有狀況(學校是舊型的電磁打點計時器),不是規則性打點
有點類似「答~答答」這樣的規律
才會造成出現點和點的距離忽大忽小

當我們把點分成奇數一組,偶數一組
就會出現很漂亮的斜直線
這也是數據分析中很重要的一環
「能否找出規律?一個有規律的實驗結果往往具有某些代表價值」
即使和你預期的不一樣

但,我還是希望先有簡單的理想狀況來分析
畢竟~~我們的孩子並沒打算要當理化老師啊

所以....我一定要有火花打點計時器來重作一次實驗看看
有心就有願
有願就有望~~